光帆入轨

当第一个太阳帆“宇宙1号”升空时,NASA在场边观望

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这种材料闪闪发光,皱巴巴的,看起来更像是用来包裹冷冻食品的,而不是提供一种新的太空旅行方式。镀铝的聚酯薄膜反射阳光,从而从反冲的光子中获得一点推动力。理论上,大片的薄膜可以充当太阳帆,随着时间的推移,其速度将超过每秒100公里,远快于化学火箭。

第一个太阳帆,名为“宇宙1号”,将于2004年初进行测试飞行。这种前往行星甚至可能前往恒星的革命性旅行方式的展示,似乎是NASA的自然活动,该机构每年花费数百万美元研究先进的推进系统。然而,在这种情况下,该航天机构选择做一个旁观者。

“宇宙1号”的成功飞行将标志着行星学会(一个太空兴趣团体)和娱乐媒体公司Cosmos Studios三年努力的顶峰[参见《在阳光下航行》,新闻扫描,《大众科学》,2001年7月]。这两个组织都可以追溯到已故的卡尔·萨根,他们利用与俄罗斯太空官员和工程师的联系。他们聘请了莫斯科的巴巴金航天中心作为“宇宙1号”的主要承包商,其成本为400万美元,在太空旅行领域算是便宜的。“宇宙1号”由八个三角形的聚酯薄膜面板组成,长14米,伸展在充气的桁条上。目标是让“宇宙1号”乘坐从俄罗斯潜艇发射的改装弹道导弹升空。一旦进入轨道,飞船将为桁条充气以展开帆。面板将像花瓣一样展开,覆盖约600平方米。然后,阳光应该推动帆,将“宇宙1号”从最初的800公里高度提升到更高的轨道。

行星学会执行主任路易斯·D·弗里德曼认为,俄罗斯的参与可能是NASA退缩的原因之一。非正式讨论曾表示,NASA会提供帆的材料,这种材料更坚固,厚度为2.5微米,是俄罗斯正在使用的薄膜厚度(因此重量也只有一半)的一半。“我们会免费获得它,并为他们测试它,”弗里德曼说。但NASA管理层从未批准。他推测,官僚主义可能是一个问题,“高层担心私营公司与俄罗斯人合作进行潜艇发射”。无论如何,严格的规定约束着NASA与其它国家合作的紧密程度,加利福尼亚州帕萨迪纳市喷气推进实验室的NASA太阳帆首席工程师霍皮·普莱斯表示。“NASA可能担心技术转让,”他指出。此外,太阳帆可能会提供美国不愿分享的军事优势。例如,一项拟议的应用是让太阳帆悬停在两极上空,为地球通信匮乏的地区提供有价值的上行链路。


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然而,风险可能是NASA不参与的主要原因。该机构因关于哥伦比亚号灾难的严厉报告以及1999年两艘火星飞船的损失而遭受打击,该机构“不能以宇宙1号团队正在承担的风险程度来花费纳税人的钱”,目前在喷气推进实验室协调太阳帆工作的尼尔·墨菲指出。到处都有很多陷阱。“人们担心的是超薄材料在数十米的范围内会发生什么,”弗里德曼说,他指出,工程师们没有办法在地球上很好地测试材料在零重力环境下的行为。“你可以想象各种各样的问题——拿起保鲜膜挥舞一下,”他举例说。撕裂、飘动和下垂都会破坏帆反射光子的能力。

墨菲解释说,NASA还希望太阳帆的发射具有科学目标,以改进模型并计划下一次任务。“宇宙1号”主要是一次演示,其组件不适合长期航行。例如,充气的桁条由于不可避免的微陨石撞击,不会长时间保持刚性。

NASA正在研发一种更先进的太阳帆飞行器,可能配置为四个正方形面板,但至少还需要几年才能准备就绪。这使得私人组织的“宇宙1号”成为唯一的参与者,而NASA的工程师们则在观众席上为之欢呼。

Philip Yam is the managing editor of ScientificAmerican.com, responsible for the overall news content online. He began working at the magazine in 1989, first as a copyeditor and then as a features editor specializing in physics. He is the author of The Pathological Protein: Mad Cow, Chronic Wasting and Other Prion Diseases.

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